基于STC89C52的简易波形发生器.doc

摘要本系统是基于STC89C52单片机利用DDS的合成原理的低频信号发生器。采用STC89C52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM358）、按键等构成整个系统。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波并可以微调频率大小。通过上位机可以通过PC可以选择波形和波形的频率。其设计简单、性能优好，频率的精度由DA和系统时钟大小决定，所以很易的实现精度调整，系统的性价比高，可用于多种需要低频信号的场所，具有一定的实用性。关键词：STC89C52 ； DAC0832 ； LM358 ； DDS目录摘要I关键词I1设计任务与要求12.方案设计与论证12.1系统信号发生的方案设计12.2系统控制芯片的方案设计13硬件系统模块及理论分析23.1总体设计框架23.2最小系统模块电路23.3DAC0832模块电路33.4按键电路34系统软件设计44.1 主流程图54.2软件模拟仿真64.3方波仿真图64.4按键检测原理7总结7参考文献8附件9I 源程序9II 总电路图17III总图PCB18IV元器件清单181设计任务与要求 利用单片机组成一个多波信号发生器。 能输出的波形为三角波、 锯齿波、 方波、 正弦波。 输出波形频率 f=1100Hz、。 输出波形频率通过 PC 机设置。2.方案设计与论证2.1系统信号发生的方案设计 方案一、通过专用DDS芯片如AD9850作为信号发生器件，用专用芯片的特点是，产生的信号频率范围宽，可以产生很高的频率，频率的精度高。但是价格比较贵。方案二、通过产生PWM产生方波，通过低通滤波器变为正弦波，在加上其他外围电路可产生三角波、锯齿波、方波、正弦波。可实现题目要求，这种设计价格便，但是外围比较复杂，频率不好控制。方案三、通过单片机外围加上DA芯片代替专用的DDS芯片，同样应用DDS信号合成原理产生任意想要的信号，这样构造的系统简单，用廉价的DAC0832就可产生满足题目要求的低频信号。结论：通过上述三个方案可以知道，用专用DDS芯片合成性能比较高，价格贵，用于本设计就大材小用，用PWM价格便宜，但是性能不好，所以属于中间的DA芯片是理想的选择。2.2系统控制芯片的方案设计方案一、选用STM32作为控制芯片，STM32内部资源丰富，时钟速度快，是一块性价比极高的芯片，用本系统会使得系统速度提升。尽管性价比高，还是比传统51单片机要贵点，控制指令多，相对于51单片机来说程序要比较复杂。方案二、选用STC公司的51单片机，STC89C52是对传统51做了增强，但是与传统51是兼容的，所以指令简单易于操作，12MHZ的系统完全满足题目涉及要求。结论：通过上述可以知道，STM32性价比高，性能强大，但是用本系统是大材小用，而STC89C52则完全能满足题目要求而且价格比STM32要便宜，所以本设计选用STC89C52作为控制芯片。 3硬件系统模块及理论分析3.1总体设计框架图3.1总体系统框架是由按键、最小系统模块、DAC0832、转串口模块组成，这样就可以实现多函数输出和PC机通信。按键是为了实现波形的切换和频率的大小调节，最小系统是系统的主控制模块，是沟通按键、DAC0832模块、PC机的主控模块，是系统必不可少的模块。转串口模块式为了实现单片机与PC的通信，PC可以通过上位机控制波形的选择和频率大小设置。3.2最小系统模块电路图3.2 图3.2是STC89C52的最小系统图，组成部分有时钟电路和复位电路。实现的功能是控制DAC0832的模拟输出量的大小和输出的频率，以产生方波、三角波、正弦波、锯齿波，并通过与转串口电路的结合以实现与PC机之间的通信。3.3DAC0832模块电路图3.3上图中DAC0832电路的接法是直通型接法，这种接法的最大特点就是只需要对DAC0832的数据口赋值就可以实现电压的输出，所以操作起来非常方便，而DAC0832输出的并不是电压，而是电流所以要在输出端加上一个运放实现电流到电压的转换。选用LM358的原因是它输出端的电压可以达到负电压，这样就可以实现单电源供电了。 3.4按键电路 图3.4 按键是通过单片机的P0口进行监控，当单片机检查到有按键按下时，单片机就会根据按键对DA输出进行相应的改变，这样就可以实现按键对输出波形的切换和频率的调节。3.5转串口电路图3.5 转串口用的芯片是CH340，CH340产家提供有两种接法，一种是可以把PC机串口的电平转变为USB电平，另外一种可以直接把单片机的电平转换为USB电平，本设计选用的是第二种接法，因为这样接就可以省去了MAX232把单片机电平转换外PC机电平，这样设计电路变得更加可靠稳定了，同时也可以节省成本，同样本电路也是需要时钟电路让CH340能正常工作。4系统软件设计系统软件由主程序和产生波形的子程序组成，软件设计主要是产生各种波形的子程序的编程，通过编程可得到各种波形。周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。主程序和几种常用波形子程序的流程图如图所示。4.1 主流程图图4.1由图4.1可以简单的知道，程序的大概思路是，判断按键与上位机是否发送数据来觉得DA的输出量，初始化的时候程序是写输出频率为200HZ的方波信号。4.2软件模拟仿真图4.2 锯齿波仿真锯齿波产生是通过P2口将00H送入寄存器A中，DAC0832输出A中的内容，读取P2口的状态，取反后作为延时常数，当A中的内容不为0FFH时，A中的内容加1，当A中的内容等于FFH返回开始，从而输出波形。锯齿波程序void juchibo(void)for(num=0;num256;num+) cs=0;DAC0832=num;cs=1;while(a=0);a=0; 4.3方波仿真图 图4.3方波仿真方波产生是通过P2口将00H输出给DAC0808，输出对应模拟量，然后读取P2口的状态，取反后作为定时器延时，延时时间到，将FFH输出时，同样输出对应模拟量，再延时，从而得到方波。方波程序如下：void fangbo(void) for(num=0;num0;num-)cs=0;DAC0832=0X00;cs=1;while(a=0);a=0;4.4按键检测原理void changbo(void) if(P32=0); delay(20); if(P32=0) flag+; if(flag=4) flag=0; 总结通过设计简易的函数发生器，我学会了自己查资料，通过大量的资料结合，最终决定了现在所选用的方案，接下来就是运用之前学习过的Protel99se画板技术，成功的画出了电路图。接着是电路的调试，这一个步骤是最难的，当然遇到的挫折也是最多的，例如开始的时候没有对DAC0832深入了解造成了，电路设计没错就是不能正常工作，最后慢慢的调节，发现原来是自己所选用的参考电压出问题，本来应该选用负电压作为参考电压，按照手册提供的经典电路才能得到一个正电压，但是由于没注意到这点所以画了很多的时间。能够把电路正常的调处来还要感谢同学对我的帮忙，因为他们做过这样给我更加大的信心。调完了电路后接下来的是进行写程序，开始调式程序的时候有点乱，因为没有画完流程图在调，所以思路会比较混乱。不过后来通过参照网上的程序，终于实现了题目所要的功能。参考文献1 周明德.微型计算机系统原理及应用M.北京：清华大学出版社，2002.341364.2 刘乐善.微型计算机接口技术及应用M.北京：北京航空航天大学出版社，2001.258264.3 童诗白.模拟电路技术基础M.北京：高等教育出版社，2000.171202.4 杜华.任意波形发生器及应用J.国外电子测量技术，2005.1：3840.5 张友德.单片微型机原理、应用与实践M.上海：复旦大学出版社，2004.4044. 6 程朗.基于8051单片机的双通道波形发生器的设计与实现J.计算机工程与应用，2004.8：100103.7 张永瑞.电子测量技术基础M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.61101.8 李叶紫. MCS-51单片机应用教程M.北京：清华大学出版社，2004.232238.附件I 源程序/*时间：2013年6月23日15:33:43硬件条件：stc89c52rc单片机上项目：函数发生器作者：龙腾跃准备知识：通过DAC0832实现信号的发生，DAC0832选用的是直通型输出方式修改：*/#include #includeDelay_time.h#includeUart.h#include/#includeboxing.hsbit CS = P37;sbit up = P00;sbit down = P01;bit flag=0,flag1=0,flag2=1,flag3=0,flag5=0,flag6=1,cont=1;unsigned int num4=170,num3=188,num2=0,num1=0;unsigned char mark=0;unsigned char k=1;unsigned char N=0x00;unsigned int tmp;unsigned char i=0;unsigned int t=2;unsigned char table4;void Triangle(); /输出三角波void Square();/方波void sin(); /正弦波void Sawtooth(); /锯齿波 void change();unsigned char code sin_tab = /正弦波输出表 0x80,0x83,0x86,0x89,0x8D,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9C,0x9F,0xA2,0xA5,0xA8,0xAB,0xAE, 0xB1,0xB4,0xB7,0xBA,0xBC,0xBF,0xC2,0xC5,0xC7,0xCA,0xCC,0xCF,0xD1,0xD4,0xD6,0xD8, 0xDA,0xDD,0xDF,0xE1,0xE3,0xE5,0xE7,0xE9,0xEA,0xEC,0xEE,0xEF,0xF1,0xF2,0xF4,0xF5, 0xF6,0xF7,0xF8,0xF9,0xFA,0xFB,0xFC,0xFD,0xFD,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF, 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFD,0xFD,0xFC,0xFB,0xFA,0xF9,0xF8,0xF7,0xF6, 0xF5,0xF4,0xF2,0xF1,0xEF,0xEE,0xEC,0xEA,0xE9,0xE7,0xE5,0xE3,0xE1,0xDF,0xDD,0xDA, 0xD8,0xD6,0xD4,0xD1,0xCF,0xCC,0xCA,0xC7,0xC5,0xC2,0xBF,0xBC,0xBA,0xB7,0xB4,0xB1, 0xAE,0xAB,0xA8,0xA5,0xA2,0x9F,0x9C,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8D,0x89,0x86,0x83,0x80, 0x80,0x7C,0x79,0x76,0x72,0x6F,0x6C,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5D,0x5A,0x57,0x55,0x51, 0x4E,0x4C,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3D,0x3A,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2E,0x2B,0x29,0x27, 0x25,0x22,0x20,0x1E,0x1C,0x1A,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0E,0x0D,0x0B,0x0A,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09, 0x0A,0x0B,0x0D,0x0E,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1A,0x1C,0x1E,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2B,0x2E,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3A,0x3D,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4C,0x4E,0x51,0x55,0x57,0x5A,0x5D,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6C,0x6F,0x72,0x76,0x79,0x7C,0x7E;void main()Uart_init();Delaynms(1000);send_string(作者:龙腾跃 );Delaynms(10);Enter();send_string(作品：简易信号发);Delaynms(10);send_string(生器);Enter();send_string(初始波形为200HZ);Delaynms(10);send_string(方波);CS=0;up=1;down=1;while(1) if(flag) Triangle(); if(flag1) Sawtooth(); if(flag2) Square(); if(flag3) sin(); change(); if(flag5&flag6) if(mark=4&cont) num4=170-t;flag=0;flag1=0;flag2=0;flag3=1;send_data(num4);if(mark=3&cont) num3=(200.0/t)*188;flag=0;flag1=0;flag2=1;flag3=0;send_string(频率：); send_data(t); send_string(HZ);if(mark=2&cont) num2=t;flag=0;flag1=1;flag2=0;flag3=0; send_data(num2); if(mark=1&cont) num1=5-t/10; flag=1;flag1=0;flag2=0;flag3=0; send_data(t);flag5=0; void Uart(void) interrupt 4 using 1/串口中断子函数if(1=RI) /必须进行判断才可以实现中断的对应响应RI = 0;tablei=SBUF;i+;if(i=4) t=(table2-48)*100+(table3-48)*10+(table0-48);mark=table1-48;flag5=1;TR0=0;i=0;flag6=flag6;cont=1;/* 输出三角波*/void Triangle() unsigned char l;unsigned int j; for(l=0;l255;l=l+k) P2=l;while(j1;l=l-k) while(jnum1)j+;j=0;P2=l; /* 输出方波函数*/void Square()unsigned int j=0; N=N; P2=N; while(jnum3)j+;j=0;/* 输出正弦波函数*/void sin() unsigned int i,j=0; for(i=0; i256; i+,j=0) while(jnum4)j+; P2=sin_tabi; /* 输出锯齿波函数*/void Sawtooth() unsigned char l; unsigned int j=0; for(l=0;l255;l+) while(jnum2)j+; P2=l; /data byte /* 调整函数*/void change()if(!up)Delaynms(15);if(!up) k+ ;while(!up);if(k=2)flag=0;flag1=1;flag2=0;flag3=0;if(k=3)flag=0;flag1=0;flag2=1;flag3=0;if(k=4)flag=0;flag1=0;flag2=0;flag3=1;if(k=5) flag=1;flag1=0;flag2=0;flag3=0;k=1; if(!down)Delaynms(15);if(!down)if(mark=4)num4=num4-10;if(mark=3) num3=num3+10; send_data(num3);if(mark=2) num2=num2+10;if(mark=1) num1=num1+10;cont=0;while(!down);II 总电路图III总图PCBIV元器件清单电解电容 10uf1个瓷片电容 30pf2个电阻 10K1个晶振12MHz1个按钮开关2个LM324集成块1块DAC08321块AT89S521块DIP-40封装插座1个DIP-20封装插座2个导线若干 星轨